动态测试技术_测试系统组成

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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（A/D转换）
逐次逼近式A/D转换器
逐次逼近逻辑寄存器 SAR 时钟 fcp
Vi Vf
+ -
A
去码/留码 逻辑
环形计数 器
数据寄存器
至输出数据 锁存器
Vf=VR(d12 +d22 +· · · dn2 )
-1
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
习题
（1）简述测试系统的基本结构分别由哪几部分组成？
信息获取 信息转换 信息处理、显示
（2）运算放大器适用于什么环境的信号放大？请设计一 R2 个放大倍速为10倍的放大电路。
主要用于对微弱信号进 行放大，且信号回路不 受干扰或干扰很小。 （图中注意标注两电阻 之间的关系）
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（A/D转换）
例题：双积分式A/D转换器如下图所示。其中fc=20kHz, 基准电压VR=2V，采样时间为T1。现要求电路每秒显示 2.5次，最大显示数为1999（Vi= 1.999V），试求： (1) 若T1=100ms，V2max=? (2) T2与Vi之间的关系？ (3) 计数值N2与Vi之间的关系？ (4) 若T2=20ms，Vi=? (5) 若计数值N2=1000，Vi=？ (6) 若要求A2的最大输出电压为 10V，最大输入电压 Vmax=2V，求R、C的值。
R1 Usr
-
+
A
R1
Usc
R2
Usr +
A
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Usc
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
习题
（3）设某信号分别由50Hz，150Hz，400Hz三种幅值相等 的正弦信号叠加而成。现利用手中1k电阻和2uF电容搭建 一滤波器，试画出该滤波器电路图并描述该信号通过滤 波器后的输出信号形式。
传感器的性能指标
可靠性指标：工作寿命、平均无故障时间、故障率、 疲劳性能、绝缘、耐压、耐温等
环境要求指标：工作温度范围、温度、灵敏度漂移、 抗介质腐蚀、抗电磁场干扰能力等
使用及配接指标：供电方式、功耗、安装方式
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3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（滤波器）
典型有源一阶低通滤波器（一阶无源+电压跟随器）
R1 R2
R1 R2
ey
ex
R C
+
A
（1）隔离负载 （2）可改变增益 （3）提高带负载能力
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3.1 测试系统的组成
习题
（1）简述测试系统的基本结构分别由哪几部分组成？ （2）运算放大器适用于什么环境的信号放大？请设计一 个放大倍速为10倍的放大电路。
Usr +
A
Usc
反相放大器
同相放大器
对开环电压放大倍数无穷大； 差模输入电阻无穷大； 开环输出电阻为0； 共模抑制比无穷大。
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（信号放大）
仪表放大器 对微弱信号进行放大的更精密处理。
A0 0.7A0
（1）纹波幅度d 0 （2）截止频率 （3）带宽B和品质因数Q （4）选择性
fc1
fc2
f
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3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（滤波器）
典型无源一阶低通滤波器
R ex C ey
H (s)
RC dey dt e y ex
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息获取（传感器）
传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。 在电子技术领域：热敏元件、磁敏元件、光敏元件等。
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
静态特性指标：线性度、迟滞、重复性、精度、灵 敏度、分辨率、稳定性、漂移等 动态特性指标：固有频率、阻尼比、频率特性、时 间常数、上升时间、响应时间、超 调量、稳态误差等
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息获取（传感器）
测试系统的基本结构：信息转换（滤波器）
典型无源一阶低通滤波器
R ex C ey
1 1 (2 fRC )2
幅频： A( f ) H ( f )
相频： ( f ) arctan(2 fRC )
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
(3)
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构
信息获取 信息转换 信息处理、显示
信息的获得：传感器获得被测量的信息，并转换成电量。 信息的转换：即信号调理。放大器、滤波器、A/D转换等， 使被测信号便于后级的处理与传输。 信息的处理：数据分析仪、计算机。 信息的显示：指示仪、记录仪、报警器。
传感器的输入端：一个指定的传感器只能感受规定 的被测量
传感器的输出端：输出信号为“可用信号” 输入与输出关系：具有“一定规律”
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息获取（传感器）
传感器的性能指标
输入量的性能指标：量程、测量范围、过载能力
Usr + A1 R1 R2
+ -
A1
Usc
+ Usr -
A1
R3
R4
典型程控测量放大器
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（滤波器）
动态测试所获取的信号往往是具有多种频率成分的复杂 信号，需要滤波器将信号中人们感兴趣的频率成分提取 出来，以便对信号的某一方面特征有更深的认识以及做 进一步处理。 滤波器根据其通过对频率范围，可分为： 低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息获取（传感器）
信息获取主要依靠传感器，传感器是一个把被测的 非电量变换成电量的装置，是获得信息的一种手段。
传感器获得信息的正确与否，关系到整个测量系统 的精度，如果传感器的误差很大，后续电路精度再高， 也将难以提高测量系统的精度。
Ui st + CH
A
U0'
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（A/D转换）
A/D转换器根据转换原理，主要可以分为以下几类： （1）逐次逼近式 （2）双积分式 （3）并行式等其它类型转换
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拉氏变换得：
1 RCs 1
或
H( f )
1 j 2 fRC 1
幅频： A( f ) H ( f )
1 1 (2 fRC )2
相频： ( f ) arctan(2 fRC )
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
如果确定的环节性能过低，将导致系统性能达不到规 定的要求，甚至会造成更大的浪费。
设计原则：根据测试任务选择组成测试系统的基本硬 件模块。
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.0 测试系统组成与设计原则概述
(1)
(2)
（1）SICK公司激光雷达：20万 （2）NI数字万用表：2.5万元 （3）NI热电偶温度测量接口：1万元
逐次逼近式A/D转换器
Vi -VR +VR S5
C S1 S2 S3 S4
+ R
A1
-
+
R1
A2
积分器
R2
-
缓冲放大器
+ 比较器 R3
(鉴零器)
A3
S1 S2 S3 S4 S5
逻辑控制电路
时钟发生器
G
控制门
计数器
锁存-译码 显示器
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Hale Waihona Puke Baidu
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
动态测试技术
测试系统的组成 与设计原则
吴义鹏 yipeng.wu@nuaa.edu.cn
南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室
动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.0 测试系统组成与设计原则概述
对于测试系统，选择与确定系统各环节（传感器、调 理电路、数据采集系统）。 如果确定的环节性能过高，虽然能满足系统性能的要 求，但会使成本费用过高；
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（滤波器）
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3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（滤波器）
实际滤波器的基本参数：
H(f) d
（3）设某信号分别由50Hz，150Hz，400Hz三种幅值相等 的正弦信号叠加而成。现利用手中1k电阻和2uF电容搭建 一滤波器，试画出该滤波器电路图并描述该信号通过滤 波器后的输出信号形式。 R =33k R =47k
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（4）请计算右图滤波器 的截止频率和通带增益。
ex
R=10k
+
A
ey
C=500nF
Uint1 反向输入 + A1 Ua R5 RG 同向输入 + Uint2 A1 R6 Ub + R3 A1 R1 R2
Usc 输出
R4
典型仪表放大器
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3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（信号放大）
程控测量放大器 对微弱信号进行放大的增益可调节。
-2
-n
D/A转换器
VR
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3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（A/D转换）
例题：假设VR=10.24V，被转换模拟电压Vi=8.30V，要求 将Vi转换成8位二进制码。列表写出逐次逼近式转换过程。
步号 1 2 3
测试系统的基本结构：信息转换
信息转换一般包括：信号放大、滤波、A/D转换
信号放大：放大传感器出来的微弱电信号 滤波：消除各种噪声、干扰，得到感兴趣的频率信号
A/D转换：数字信号更方便传输、处理、存储
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3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（信号放大）
运算放大器 对微弱信号进行放大的最基本处理。
R2
R1 Usr
R1
R2
-
+
A
Usc
Usr
+
A
Usc
反相放大器
同相放大器
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（信号放大）
运算放大器
R1 Usr -
R2
R1
R2
+
A
Usc
动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（A/D转换）
典型的采样保持器（原理图）
采样器是一种开关电路或装置， 它在固定时间点上取出被处理信 号的值。把这个信号值存储起来 保持一段时间，以供AD转换器转 换，直到下一个采样时间再取出 一个模拟信号值来代替原来的值。
寄存器数码 10000000 11000000 11100000
对应输出 5.12 7.65 8.96
去/留码 留 留 去
本步完成后实际数码 10000000 11000000 11000000
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（A/D转换）
R ex C ey
ex C R ey
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息转换（A/D转换）
A/D转换将模拟信号转换成数字信号，使信号便于传输、 处理、存储等。
采样 保持 量化 编码
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测试系统的基本结构：信息获取（传感器）
传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。 在超声波检测中：压电式换能器（强调能量的转换）
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动态测试技术：测试系统的组成与设计原则
3.1 测试系统的组成
测试系统的基本结构：信息获取（传感器）
传感器定义：能感受规定的被测量并按照一定规律转换 成可用输出信号的器件或装置。